JPH11303812A - 自動往復運動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】油圧的な機構にのみによってシリンダを所定の
周期で往復運動させる自動往復運動機構を提供する。 【解決手段】ピストン１３の両端に受圧面積の小さい第
１圧力室１４と受圧面積の大きい第２圧力室１５を区画
形成し、ピストン１３の内部に同軸的にスプール１８
を、またスプール１８の内部にさらにストッパ１７を摺
動自由に貫通する。ピストン１３とスプール１８の摺動
面に第１と第２のポート２３、２８を設け、第１のポー
ト２３と選択的に接続する第１通路２１は第１圧力室１
４を介してポンプポートＰと常時連通させ、第２ポート
２８と第２圧力室１５とを選択的に連通する。第１ポー
ト２３を第２圧力室１５と連通させ、スプール中立位置
において第１のポート２３が第１圧力室１４と遮断され
るときに第２のポート２８も第２圧力室１５と遮断さ
れ、その位置からどちらかにでも変位したときには第１
と第２のポート２３、２８は互いに背反的にいずれかの
圧力室と連通する。スプール１８の第１圧力室側の受圧
面積を第２圧力室側の受圧面積よりも小さく設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば方向切換弁を
自動的に繰り返し切換動作させる自動往復動機構に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、油圧シリンダなどを一定の周期で
もって伸縮動作を継続させるには、例えば電磁的に作動
する方向切換弁を利用している。

【０００３】油圧源からの作動油を給排する方向切換弁
によってシリンダの左右の油室に選択的に高圧が供給さ
れると、油圧に応じてピストンが移動する。方向切換弁
は信号により一定の周期で切換作動し、一方の油室に高
圧を導入し、他方の油室をタンク側に解放するという動
作を反復、継続する。これによりシリンダは一定の周期
で伸縮動作を繰り返す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような油
圧切換弁として、例えば比例電磁弁または電気油圧サー
ボ弁を用いるにしても、大流量、高圧制御には不向き
で、またシステム全体の価格も高価になってしまう。

【０００５】本発明は、油圧的な機構によって自動的に
ある周期で往復動を継続する自動往復動機構を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、ボディに
ピストンを摺動自由に収装し、このピストンの両端に受
圧面積の小さい第１圧力室と受圧面積の大きい第２圧力
室を区画形成し、前記ピストンの内部に同軸的にスプー
ルを摺動自由に設け、このスプールの内部にさらに同軸
的に前記ボディに一端を固定したストッパを摺動自由に
貫通し、前記ピストンとスプールの摺動面に第１と第２
のポートを設け、第１のポートをスプールに設けた第１
通路と選択的に接続し、また第２のポートをスプールに
設けた第２通路または第２圧力室と選択的に接続させ、
第１通路は前記第１圧力室を介してボディに形成したポ
ンプポートと常時連通させ、第２通路はボディに形成し
たタンクポートと常時連通させる一方、前記ストッパに
よりスプールの変位を一定限に規制すると共に前記第１
ポートを前記第２圧力室と連通させ、スプール中立位置
において第１のポートが第１圧力室と遮断されるときに
第２のポートも第２圧力室と遮断され、かつその位置か
らどちらかにでも変位したときには第１と第２のポート
は互いに背反的にいずれかの圧力室と連通するように第
１、第２のポート位置を設定し、かつスプールの第１圧
力室側の受圧面積を第２圧力室側の受圧面積よりも小さ
く設定することを特徴とする。

【０００７】第２の発明は、第１の発明において、前記
スプールの第２圧力室と面した端部と対峙してボディ端
部に台座を設け、スプールが台座と当接したときにこれ
らの間に中間室が形成され、この中間室を前記第１ポー
トと連通する一方、台座に設けた固定絞りを介して第２
圧力室と連通させる。

【０００８】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、前記第２圧力室にはピストンを第１圧力室に向け
て押圧するスプリングを介装する。

【０００９】第４の発明は、第１〜第３の発明におい
て、前記ポンプポートに第１圧力室に導入される圧油量
を制御する可変絞りを介装する。

【００１０】第５の発明は、前記第１の発明の自動往復
運動機構のピストンに連結した方向切換弁を備え、この
方向切換弁によりアクチュエータに対する作動油の給排
を制御することを特徴とする。

【００１１】第６の発明は、第５の発明において、前記
方向切換弁はその中立位置において一対の負荷ポートを
遮断するように構成される。

【００１２】

【発明の作用・効果】第１の発明において、第１の圧力
室に高圧が導かれると、プールがが第２の圧力室に向け
て変位し、反対側のシリンダ端壁にスプールが当接して
停止すると、第２のポートが低圧側に連通し、これによ
り第１の圧力室の高圧に押されてピストンが第２の圧力
室に向けて移動する。

【００１３】ピストンの移動によりやがて第２のポート
が閉じ、また第１のポートが開くと、第２圧力室が低圧
側から遮断され、かつ第１圧力室側から高圧が供給さ
れ、これにより、スプールが反対側にストッパと当接す
るまで移動し、さらに大きく第１のポートを開く。この
ため、ピストンは左右の受圧面積差から、今度は第２の
圧力室から反対の第１の圧力室に向けて移動を開始す
る。

【００１４】このピストンの移動によりやがて第１ポー
トは絞られ、第２のポートが開いた時点で第２の圧力室
の圧力が低下していく。このため、今度はピストンの左
右の圧力関係が逆になり、ピストンは第２の圧力室に向
けて再び移動する。このようのしてビストンは自動的に
往復運動を繰り返す。このようして、油圧を供給するだ
けで自動的な往復運動を行うことができる。また、往復
運動のストロークは一定に決まり、このため往復周波数
が高くなってもストロークが変化することはない。

【００１５】第２の発明では、固定絞りを介して第２圧
力室と中間室との圧力差を持たせることで、ピストンの
動きを反転させるときに、スプールのみ確実に反対方向
に移動し、油圧の切換をスムーズに行うことが可能とな
る。

【００１６】第３の発明では、作動の停止時にスプリン
グによりピストンを初期位置に保持するので、作動開始
時に確実の同一方向から移動を開始できる。

【００１７】第４の発明では、その往復運動の速度は可
変絞りにより流量調整することで、自由に設定すること
ができる。

【００１８】第５の発明では、方向切換弁を一定の周期
で往復動させることにより、任意の負荷に対応したシリ
ンダを往復運動させられる。

【００１９】第６の発明では、方向切換弁をオールポー
トブロックとすることにより、中立位置で負荷を停止さ
せることができ、その応用範囲が拡大する。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１に本発明の実施形態を示す。

【００２１】１Ａはポンプ、１Ｂはタンク、２は手動ま
たは電磁的に切換作動する切換弁で、この油圧の給排に
より往復作動する自動往復動機構１０が設けられる。

【００２２】自動往復動機構１０はボディ１１の摺動孔
１２にピストン１３が摺動自由に収装され、このピスト
ン１３に一体に結合したロッド１９がボディ１１の端部
から外部に突出している。そしてピストン１３により、
その両側には受圧面積の小さい圧力室１４と大きい圧力
室１５が区画形成される。

【００２３】ピストン１３及びロッド１９の内部は同軸
的な有底穴１６が形成され、この有底穴１６にはボディ
１１の端部から内方に突出するストッパ１７が挿入さ
れ、このストッパ１７の外側にはスプール１８が摺動自
由に嵌められる。これらストッパ１７の大径部２５とス
プール１８の外径は同一に形成され、共に上記有底穴１
６に摺動自由に挿入される。

【００２４】前記ボディ１１にはポンプポートＰとタン
クポートＴが所定の間隔をもって配設され、前記切換弁
２を介して圧油が給排される。ポンプポートＰには可変
絞り２０が設けられ、供給流量を調整可能となってい
る。

【００２５】ピストン１３の両側にはその外周の圧力室
１４を介してポンプポートＰと連通する第１の通路２１
と、タンクポートＴと常時連通する第２の通路２２が貫
通形成され、第１の通路２１はスプール１８とピストン
１３の相対位置によって開閉される。スプール１８には
第１の通路２１をと接続可能な第１のポート２３が形成
され、この第１のポート２３はストッパ１７の外周に形
成した小径部２４とスプール内周との間隙を介して圧力
室１５と連通する。また、ストッパ１７の内部にはこの
小径部２４とストッパ１７の右端に面する内部室２６を
連通する貫通路２７が設けられる。

【００２６】一方、スプール１８の左端には拡径のフラ
ンジ部２９が形成され、このフランジ部２９によりスプ
ール１８とピストン１３の摺動面との間に第２のポート
２８が形成され、フランジ部２９がピストン内周の拡径
穴３０に侵入すると圧力室１５と第２の通路２２との連
通を遮断し、同じく抜け出ると圧力室１５と第２の通路
２２とを連通する。

【００２７】また、スプール１８のフランジ部２９に対
峙して、ボディ１１の端壁３１には台座３２が突設さ
れ、この台座３２にはフランジ部２９を受け入れる筒部
３３が形成され、スプール１８が筒部３３に侵入したと
きに、これらの間に中間室３４を形成する。また台座３
２には通孔３５が開口し、この通孔３５は圧力室１５と
絞り３６を介して連通する。圧力室１５にはピストン１
３を図中右方（圧力室１４の方向）に向けて付勢するス
プリング３７が介装される。

【００２８】ここで、以上の構成について、その作用を
図２から図５を参照しながら説明する。

【００２９】まず、ピストン１３の左端の面積をＡ１、
有底孔２６の面積をＡ２、ピストン１３の右端の面積を
Ａ３、スプール１８の左端の面積をＡ４、スプール右端
の面積をＡ５とすると、Ａ１＋Ａ２＞２×Ａ３、またＡ
４＝２×Ａ５となるように設定してある。

【００３０】いま図１のように、切換弁２が切換わって
いて、ポンプポートＰがタンク側に切換っているとき
は、圧力室１４の圧力が左側の圧力室１５と同一のタン
ク圧（圧力をゼロと仮定する）となり、スプリング３７
により、ピストン１３は右側の端壁まで押しつけられて
いる。なお、スプール１８の位置は図示位置に限らず、
任意の位置をとる。

【００３１】いまこの状態から切換弁２が切換わり、ポ
ンプポートＰに高圧が導入されるように保持する。

【００３２】これにより圧力室１４が高圧となり、この
とき圧力室１５及びこれと連通する内部室２６がタンク
圧のため、スプール１８がただちに台座３２と接するま
で左方に押され、同時にピストン１３もスプリング３７
に抗して左方へと移動を始める（図２参照）。

【００３３】ピストン１３が左方へと移動する過程で、
第１の通路２１が第１のポート２３と連通を始め、かつ
第２のポート２８が圧力室１５との連通を閉じていく。

【００３４】そして図３の中立位置にあっては、第１の
ポート２３と第２のポート２８は共に閉じ、この位置か
らピストン１３がいずれか一方にでも移動すると、ポー
トは背反的に一方が開き、他方が閉じるようになってい
る。

【００３５】ピストン１３が中立位置からそのまま左右
室の圧力差で僅かに同一方向に移動すると、第１のポー
ト２３が通路２１と連通し、また第２のポート２８は圧
力室１５と遮断され、このため高圧が中間室３４から左
側の圧力室１５へと伝達される。

【００３６】しかし、固定絞り３６があるため、圧力室
１５の圧力は直ちには圧力室１４と同じまでには上昇し
ない。この間にスプール１８の左端にかかる圧力が、右
端にかかる圧力の半分よりも高くなると、左右の受圧面
積差からスプール１８だけが図４のように、ストッパ１
７と当接するまで右側に向けて移動する。

【００３７】これにより第１のポート２３が大きく開
き、また中間室３４と圧力室１５が直接的に連通し、圧
力室１４からの圧油により圧力室１５の圧力も上昇す
る。このようにしてピストン１３の左端にかかる圧力が
大きくなり、やがて同一となるが、圧力室１５側の受圧
面積が圧力室１４の受圧面積よりも大きいため、その圧
力上昇の途中から今度はピストン１３は右方へと移動を
開始する。

【００３８】そして図５の位置までピストン１３が移動
し、第２のポート２８が圧力室１５を低圧側に連通を始
め、第１のポート２３を高圧側から遮断すると、圧力室
１５の圧力が低下していく。圧力室１５の圧力が圧力室
１４の半分になると受圧面積の関係からスプール１８の
両端の力が釣り合うが、ピストン１３は面積差によりさ
らに右方向に移動する。これにより第２のポート２８が
圧力室１５と大きく連通し、圧力室１５の圧力がさらに
下がると、スプール１８の釣り合いが崩れ、すると図２
のようにスプール１８は左方へと台座３２と当接するま
で移動する。

【００３９】これにより最初の状態に戻り、圧力室１５
は低圧となり、ピストン１３は再び反対方向、つまり左
側に向けて移動を開始るのであり、このようにしてピス
トン１３は自動的に往復運動を繰り返す。

【００４０】以上の自動往復運動機構を利用して方向切
換弁を連続的に往復作動させる例を説明する。

【００４１】図６に示すように、方向切換弁５０は、バ
ルブボディ５１にスプール５２が摺動自由に挿入され、
このスプール５２の図中左端が自動往復運動機構の前記
ロッド１９に連結される。したがって、スプール５２は
ロッド１９と一体に左右に往復運動する。

【００４２】方向切換弁５０のボディ５１にはポンプポ
ート５５を中心にしてその左右に負荷ポート５６と５７
が設けられ、さらにその両外側にタンクポート５８と５
９が設けられ、スプール５２の往復運動によりポンプポ
ート５５からの高圧が左右の負荷ポート５６と５７に選
択的に供給され、いずれか他方からはタンクポート５８
または５９に作動油が排出される。

【００４３】負荷ポート５６と５７に対してはシリンダ
６１の油室６２と６３が接続され、一方に高圧が作用す
ると一方向にピストン６４が移動し、他方に高圧が作用
すると反対方向にピストン６４が移動する。

【００４４】したがって、ポンプポート５５に高圧、タ
ンクポート５８と５９を低圧に保持した状態で自動往復
運動機構を作動させると、そのロッド１４と一体にスプ
ール５２が往復運動し、これにより、例えばスプール５
２が図の位置から左側に移動すると、まずポンプポート
５５が左側の負荷ポート５７と接続し、反対側の負荷ポ
ート５６はタンクポート５８と接続し、シリンダ６１は
ピストン縮み方向に作動する。さらにスプール５２が左
側に移動し、中立位置を過ぎると、ポンプポート５５と
負荷ポート５６とを接続し、反対側の負荷ポート５７は
タンクポート５９と接続し、シリンダ６１はピストン伸
び方向に作動する。

【００４５】反対にスプール５２が右側に移動し、中立
位置を過ぎると、負荷ポート５７がポンプポート５５と
接続し、他方の負荷ポート５６はタンクポート５８と接
続し、これによりシリンダ６１は上記と反対の縮み方向
に作動する。

【００４６】なお、方向切換弁５０の最大右位置（図示
状態）にあっては、負荷ポート５６と５７はいずれも遮
断状態、つまりりオールポートブロックとなり、この状
態ではシリンダ６１はその位置から伸びも縮みもするこ
となく、その位置を保持する。なお、この位置は自動往
復運動機構１０の図１の状態に対応する。

【００４７】このように本発明では、油圧を供給するだ
けで自動的な往復運動を行うことができる。また、その
往復運動の速度は可変絞りにより流量調整することで、
自由に設定することができる。また、往復運動のストロ
ークは一定に決まり、このため往復周波数が高くなって
もストロークが大きく変化することはない。

【００４８】なお、ピストン１３の推力を超えない負荷
については、これを直接的に往復動させるシリンダとし
ても作動させられる。また、勿論上記のように、ロッド
１４を介して方向切換弁５０を一定の周期で往復動させ
ることにより、任意の負荷に対応したシリンダを往復運
動させることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す断面図である。

【図２】同じく作動状態を説明する断面図である。

【図３】同じく作動状態を説明する断面図である。

【図４】同じく作動状態を説明する断面図である。

【図５】同じく作動状態を説明する断面図である。

【図６】他の実施形態を示す断面図である。

【符号の説明】

１Ａ ポンプ ２ 切換弁 ３ シリンダ ４Ａ 油室 ４Ｂ 油室 １０ 自動往復作動機構 １３ ピストン １４ 第１圧力室 １５ 第２圧力室 １７ ストッパ １８ スプール ２１ 第１通路 ２２ 第２通路 ２３ 第１ポート ２８ 第２ポート

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボディにピストンを摺動自由に収装し、こ
   のピストンの両端に受圧面積の小さい第１圧力室と受圧
   面積の大きい第２圧力室を区画形成し、前記ピストンの
   内部に同軸的にスプールを摺動自由に設け、このスプー
   ルの内部にさらに同軸的に前記ボディに一端を固定した
   ストッパを摺動自由に貫通し、前記ピストンとスプール
   の摺動面に第１と第２のポートを設け、第１のポートを
   スプールに設けた第１通路と選択的に接続し、また第２
   のポートをスプールに設けた第２通路または第２圧力室
   と選択的に接続させ、第１通路は前記第１圧力室を介し
   てボディに形成したポンプポートと常時連通させ、第２
   通路はボディに形成したタンクポートと常時連通させる
   一方、前記ストッパによりスプールの変位を一定限に規
   制すると共に前記第１ポートを前記第２圧力室と連通さ
   せ、スプール中立位置において第１のポートが第１圧力
   室と遮断されるときに第２のポートも第２圧力室と遮断
   され、かつその位置からどちらかにでも変位したときに
   は第１と第２のポートは互いに背反的にいずれかの圧力
   室と連通するように第１、第２のポート位置を設定し、
   かつスプールの第１圧力室側の受圧面積を第２圧力室側
   の受圧面積よりも小さく設定したことを特徴とする自動
   往復運動機構。
2. 【請求項２】前記スプールの第２圧力室と面した端部と
   対峙してボディ端部に台座を設け、スプールが台座と当
   接したときにこれらの間に中間室が形成され、この中間
   室を前記第１ポートと連通する一方、台座に設けた固定
   絞りを介して第２圧力室と連通させる請求項１に記載の
   自動往復運動機構。
3. 【請求項３】前記第２圧力室にはピストンを第１圧力室
   に向けて押圧するスプリングを介装した請求項１または
   ２に記載の自動往復運動機構。
4. 【請求項４】前記ポンプポートに第１圧力室に導入され
   る圧油量を制御する可変絞りを介装した請求項１〜３の
   いずれか一つに記載の自動往復運動機構。
5. 【請求項５】前記請求項１に記載の自動往復運動機構の
   ピストンに連結した方向切換弁を備え、この方向切換弁
   によりアクチュエータに対する作動油の給排を制御する
   ことを特徴とする自動往復運動機構。
6. 【請求項６】前記方向切換弁はその中立位置において一
   対の負荷ポートを遮断するように構成された請求項５に
   記載の自動往復運動機構。